KR102455778B1 - 컴퓨터 지원 원격 조작 수술 시스템 및 방법 - Google Patents

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다니엘 에이치 고메즈
존 리안 스테거
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Abstract

원격 조작 조작기 시스템은 조작기 조립체 및 조작기 조립체에 결합된 도구 작동 조립체를 포함한다. 도구 작동 조립체는 삽입축을 따라 수술 기구와 같은 도구를 삽입하고 또한 삽입축 주위로 도구를 회전시킨다. 조작기 조립체는 삽입축과 교차하는 요잉축 주위로 도구를 회전시키기 위해 장착 베이스를 기준으로 회전하는 아암을 포함한다. 아암의 원위부는 아치형 피치 원호를 규정하고, 피치 원호의 중심은 삽입축과 요잉축의 교점과 일치한다. 도구 작동 조립체는 피치 원호를 따라 구동되어 도구를 피치한다. 조작기 시스템은 선택적으로 원격 수술 시스템이며, 도구는 선택적으로 치료, 진단 또는 영상 수술 기구이다.

Description

컴퓨터 지원 원격 조작 수술 시스템 및 방법
저작권 고지
이 특허 문서의 개시내용의 부분은 저작권 보호를 받는 자료를 포함하고 있다. 저작권 소유자는 미국 특허청의 특허 파일 또는 기록에 나타난 바와 같이 특허 문서 또는 특허 개시내용의 누군가에 의한 복사에 반대하지 않지만, 다른 방법으로 모든 저작권 권한을 보유한다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 미국 가출원 제62/404,069호(2016년 10월 4일 출원)의 우선권의 이익을 주장한다.
연방 후원 연구 또는 개발에 관한 진술
해당 사항 없음.
원격 조작 수술 시스템(종종 로봇 기술을 사용하기 때문에 "로봇식 수술 시스템"이라 칭함) 및 다른 컴퓨터 지원 디바이스는 종종 수술 작업 부위에서 작업을 수행하기 위한 진단 또는 치료 도구를 조작하는 하나 이상의 도구 조작기 및 수술 작업 부위의 화상을 캡처하는 화상 캡처링 도구를 지원하기 위한 적어도 하나의 조작기를 포함한다. 조작기 아암은 하나 이상의 능동 제어 관절에 의해 함께 결합된 복수의 링크를 포함한다. 다수의 실시예에서, 복수의 능동 제어 관절이 제공될 수도 있다. 로봇 아암은 능동적으로 제어되지 않지만 능동 제어 관절의 이동을 따르는 하나 이상의 수동 관절을 또한 포함할 수도 있다. 이러한 능동 및 수동 관절은 회전 관절(revolute joint) 및 직동 관절(prismatic joint)을 포함하여 다양한 유형일 수도 있다. 조작기 아암의 모션학적 자세(kinematic pose)는 관절의 위치와 링크의 구조 및 결합에 대한 지식 및 공지된 모션학적 계산의 적용에 의해 결정될 수도 있다.
수술에 사용을 위한 최소 침습성 원격 수술 시스템이 외과 의사의 손재주를 증가시킬 뿐만 아니라 외과 의사가 원격 위치로부터 환자를 수술하는 것을 허용하도록 개발되고 있다. 원격 수술은 외과 의사가 수작업으로 도구를 직접 파지하고 이동시키기보다는 수술 도구 이동을 조작하기 위해 소정 형태의 원격 제어, 서보메커니즘 등을 사용하는 수술 시스템의 일반적인 용어이다. 이러한 원격 수술 시스템에서, 외과 의사는 원격 위치에서 수술 부위의 화상을 제공받는다. 적합한 뷰어 또는 디스플레이 상에 심도의 환영(illusion of depth)을 제공하는 수술 부위의 입체 화상을 통상적으로 보면서, 외과 의사는 마스터 제어 입력 디바이스를 조작함으로써 환자에 대한 수술 절차를 수행하고, 이어서 대응하는 원격 조작 도구의 모션을 제어한다. 원격 조작 수술 도구는 환자 내의 수술 부위에서 조직을 치료하기 위해 작은 최소 침습성 수술 구멍 또는 자연 오리피스를 통해 삽입될 수 있으며, 종종 개방 수술 기술을 통해 수술 작업 부위에 접근하는 것과 연관된 외상을 회피할 수 있다. 이 컴퓨터 지원 원격 조작 시스템은, 종종 최소 침습성 구멍에서 도구의 샤프트의 피벗, 구멍을 통해 축방향으로 샤프트의 활주, 구멍 내에서의 샤프트의 회전 등에 의해, 매우 복잡한 수술 작업을 수행하기 위해 충분한 손재주로 수술 도구의 작동단(엔드 이펙터)을 이동시킬 수 있다.
국제공개공보 WO 2007/045810 미국특허출원공보 US 5,279,309 미국특허출원공보 US 2014/0276952 A1 미국특허출원공보 US 2012/0227531 A1 미국특허출원공보 US 8,004,229 B2
Yun-Ping Zhu, et al, "A Novel Remote Center-of Motion Parallel manipulator for Minimally Invasive Celiac Surgery", IJRES, Vol. 3, No. 8, pp. 15-19 (August 2015)
이하의 요약 설명은 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 주제의 특정 양태를 소개한다. 본 요약 설명은 본 발명의 주제의 포괄적인 개요가 아니고, 주요 또는 중요한 요소를 식별하거나 본 발명의 주제의 범주를 기술하도록 의도된 것은 아니다. 이 요약 설명은 본 발명의 주제의 다양한 양태 및 실시예에 관련된 정보를 포함하지만, 그 유일한 목적은 이하의 더 상세한 설명의 서두로서 일반적인 형태로 몇몇 양태 및 실시예를 제시하는 것이다.
일 양태에서, 원격 조작 조작기 시스템은 장착 베이스 및 회전 관절에서 장착 베이스에 부착된 아암을 포함한다. 아암은 장착 베이스에 관해 요잉축 주위로 회전한다. 아암의 원위부는 피치 원호를 형성한다. 도구 액추에이터 조립체는 피치 원호를 따라 병진하는 도구 액추에이터 조립 커플링에 장착된다. 도구 작동 조립체는 요잉축과 일치하는 피치 원호의 중심 주위로 이동하도록 피치 원호를 따라 구동된다. 도구 작동 조립체는 피치 원호의 중심이 요잉축과 일치하는 요잉축과 교차하는 삽입축을 따라 도구를 삽입한다.
다른 양태에서, 아암의 원위부는 고정형 아치형 세그먼트와, 고정형 아치형 세그먼트에 관하여 신축하는 가동형 아치형 세그먼트를 포함한다. 도구 작동 조립체가 피치 원호를 따라 이동함에 따라, 도구 작동 조립체 커플링은 가동형 아치형 세그먼트를 따라 이동하고, 가동형 아치형 세그먼트는 고정형 아치형 세그먼트를 따라 이동한다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 컴퓨터 지원 원격 조작 수술 시스템("원격 수술 시스템")을 사용하는 최소 침습성 로봇식 수술을 위한 디바이스 및 방법을 제공한다. 예를 들어, 본 개시내용은 원격 수술 시스템을 위한 조작기를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 각각의 조작기는 셋업 구조체에 부착 가능한 장착 베이스에 요잉축 둘레에 회전 가능하게 결합되는 아암을 포함한다. 아암은 도구 액추에이터 조립체 커플링이 그를 따라 진행하는 아치형 경로를 규정한다. 도구 액추에이터 조립체 커플링은 수술 도구 작동 조립체 포드를 수용할 수 있고, 삽입축 둘레의 포드의 회전 롤 모션을 구동할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 삽입축 및 요잉축은 아치형 경로의 중심점과 일치하는 지점에서 서로 교차한다. 몇몇 실시예에서, 모터-구동 링크는 아치형 경로를 따라 도구 액추에이터 커플링을 구동하는 데 사용된다.
일 양태에서, 본 개시내용은 원격 수술 시스템의 셋업 구조체와 해제 가능하게 결합하도록 구성된 장착 베이스; 요잉축 둘레로 장착 베이스에 회전 가능하게 결합되고, 피치 원호를 규정하는 아암; 삽입축을 규정하고 원격 조작 도구 액추에이터 조립체와 해제 가능하게 결합하도록 구성되며, 피치 원호를 따라 병진 가능한 도구 액추에이터 조립체 커플링; 도구 액추에이터 커플링에 피벗 가능하게 결합되고 아암에 이동 가능하게 결합되어 링크가 아암을 따라 병진 가능하게 하는 링크를 포함하는 원격 수술 조작기에 관한 것이다.
이러한 원격 수술 조작기는 선택적으로 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 삽입축과 요잉축은 피치 원호의 중심에서 서로 교차할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 피치 원호를 따른 도구 액추에이터 커플링의 모든 위치에서, 삽입축 및 요잉축은 피치 원호의 중심에서 서로 교차할 수도 있다. 특정 실시예에서, 장착 베이스에 대한 아암의 요잉축 둘레의 모든 위치에서, 삽입축 및 요잉축은 피치 원호의 중심에서 서로 교차할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 장착 베이스에 대한 아암의 요잉축 둘레의 임의의 위치와 조합하여 피치 원호를 따른 도구 액추에이터 조립체 커플링의 모든 위치에서, 삽입축 및 요잉축은 피치 원호의 중심에서 서로 교차한다. 아암을 따른 링크의 병진은 피치 원호를 따른 도구 액추에이터 커플링의 곡선형 병진을 유발한다. 링크는 아암이 리드 스크류의 회전에 의해 아암을 따라 선형으로 병진 가능하도록 아암의 리드 스크류에 나사식으로 결합될 수도 있다. 아암을 따른 링크의 병진은 피치 원호를 따른 도구 액추에이터 조립체 커플링의 곡선형 병진을 유발한다. 아암은 리드 스크류의 회전을 구동하는 피치-조정 모터를 포함할 수도 있다. 도구 액추에이터 조립체 커플링은 수술 도구 액추에이터 조립체를 삽입축 둘레로 회전 가능하게 구동하기 위한 롤-조정 모터를 포함할 수도 있다. 도구 액추에이터 조립체 커플링은 원격 수술 조작기를 사용하여 수술 중에 환자의 신체 벽을 통한 수술 접근부를 제공하기 위해 구성된 캐뉼러와 해제 가능하게 결합하도록 구성될 수도 있다. 아암은 장착 베이스에 의해 형성된 내부 공간 내로 연장되는 돌출부를 포함할 수도 있다. 돌출부는 요잉축을 규정할 수도 있다. 장착 베이스는 장착 베이스와 고정 관계로 부착된 섹터 기어를 포함할 수도 있다. 아암은 섹터 기어와 맞물리는 요잉-조정 기어를 회전 가능하게 구동하는 요잉-조정 모터를 포함할 수도 있다. 아암은 고정형 아치형 세그먼트와, 고정형 아치형 세그먼트와 이동 가능하게 결합되는 가동형 아치형 세그먼트를 포함할 수도 있다. 제1 아치형 세그먼트는 가동형 아치형 세그먼트와 조합하여 피치 원호를 규정할 수도 있다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 장착 베이스; 장착 베이스에 회전 가능하게 결합된 아암; 도구 액추에이터 조립체 커플링이 아암에 대해 병진 가능하도록 아암에 이동 가능하게 결합되는 도구 액추에이터 조립체 커플링으로서, 도구 액추에이터 커플링은 원격 수술 도구 액추에이터 조립체와 해제 가능하게 결합하도록 구성되는, 도구 액추에이터 조립체 커플링; 및 도구 액추에이터 조립체 커플링과 아암 사이에 이동 가능하게 결합되는 링크를 포함하는 원격 수술 조작기에 관한 것이다.
이러한 원격 수술 조작기 디바이스는 선택적으로 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 링크는 도구 액추에이터 조립체에 피벗 가능하게 결합되고 아암에 나사식으로 결합될 수도 있다. 도구 액추에이터 조립체 커플링은 아암에 의해 규정된 원호를 따라 병진 가능할 수도 있다. 아암은 고정형 아치형 세그먼트와, 고정형 아치형 세그먼트와 이동 가능하게 결합되는 가동형 아치형 세그먼트를 포함할 수도 있다. 제1 아치형 세그먼트는 가동형 아치형 세그먼트와 조합하여 피치 원호를 규정할 수도 있다. 아암은 도구 액추에이터 커플링이 곡선형 경로를 따라 병진 가능한 세장형 개구를 형성할 수도 있다.
다른 양태에서, 본 개시내용은 프레임과 해제 가능하게 결합 가능한 셋업 구조체; 조작기 디바이스; 및 도구 액추에이터 조립체 커플링에 해제 가능하게 결합될 수 있는 원격 수술 도구 액추에이터 조립체를 포함하는 원격 수술 시스템에 관한 것이다. 도구 액추에이터 조립체 커플링은 수술 도구 액추에이터 조립체를 삽입축 둘레로 회전 가능하게 구동하기 위한 롤-조정 모터를 포함한다. 조작기 디바이스는, 셋업 구조체와 해제 가능하게 결합될 수 있는 장착 베이스; 장착 베이스에 회전 가능하게 결합된 아암; 도구 액추에이터 조립체 커플링이 아암에 대해 병진 이동 가능하도록 아암에 이동 가능하게 결합되고, 삽입축을 규정하는 도구 액추에이터 조립체 커플링; 및 도구 액추에이터 조립체 커플링과 아암 사이에 이동 가능하게 결합되는 링크를 포함한다.
이러한 원격 수술 시스템은 선택적으로 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 도구 액추에이터 조립체의 전체는 롤-조정 모터에 의해 회전 가능하게 구동될 수 있다. 아암과 장착 베이스 사이의 회전 가능한 커플링은 요잉축을 규정한다. 아암은 도구 액추에이터 조립체 커플링이 그를 따라 병진하는 피치 원호를 규정한다. 삽입축과 요잉축은 피치 원호의 중심에서 서로 교차한다. 아암은 고정형 아치형 세그먼트와, 고정형 아치형 세그먼트와 이동 가능하게 결합되는 가동형 아치형 세그먼트를 포함할 수도 있다. 제1 아치형 세그먼트는 가동형 아치형 세그먼트와 조합하여 피치 원호를 규정한다.
본 명세서에 설명된 실시예의 일부 또는 모두는 이하의 장점 중 하나 이상을 제공할 수도 있다. 몇몇 경우에, 본 명세서에 제공된 원격 조작 조작기 디바이스는 낮은 프로파일을 갖도록, 즉 공간적으로 콤팩트하도록 유리하게 구성된다. 이러한 콤팩트한 구성은 환자 위의 원격 조작 수술 조작기에 의해 점유된 작업 공간이 최소화되어, 수술 요원에 의한 향상된 환자 접근을 허용하는 점에서 유리하다. 부가적으로, 환자의 더 큰 시각화가 및 수술 팀 구성원 사이의 통신이 콤팩트한 조작기 작업 공간에 의해 용이해진다.
또한, 조작기 작업 공간의 크기를 감소시키는 것은 조작기들 사이의 충돌 잠재성을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 조작기의 중복 자유도에 대한 필요성이 감소되거나 제거된다. 따라서, 몇몇 경우에 조작기의 복잡성이 감소될 수 있다.
본 명세서에 설명된 원격 조작 수술 조작기의 콤팩트한 크기는 몇몇 경우에, 수술 테이블의 레일에 조작기를 장착하는 것을 또한 유리하게 용이하게 할 수 있다. 이러한 경우에, 수술 테이블이 수술 접근을 향상시키기 위해 조작됨에 따라, 테이블 탑재형 조작기 디바이스가 본질적으로 뒤따른다. 따라서, 수술 테이블의 이동에 응답하여 조작기를 재위치시킬 필요성이 유리하게 감소되거나 제거된다.
게다가, 본 명세서에 설명된 원격 조작 수술 조작기는 비교적 낮은 질량 및 관성을 갖도록 유리하게 구성된다. 게다가, 질량 분포는 관성이 실질적으로 일정하고 따라서 예측 가능하도록 실질적으로 일정하다.
하나 이상의 실시예의 상세는 첨부 도면 및 이하의 설명에서 설명된다. 다른 특징, 목적 및 장점은 상세한 설명 및 도면으로부터 그리고 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 원격 수술 시스템의 예시적인 조작 서브시스템의 사시도이다.
도 2는 원격 수술 시스템의 예시적인 사용자 제어 서브시스템의 정면도이다.
도 3은 예시적인 원격 수술 시스템 조작기 아암 조립체의 측면도이다.
도 4는 원격 수술 시스템의 다른 유형의 조작 서브시스템의 사시도이다.
도 5는 제1 구성의 예시적인 수술 도구의 원위 단부의 사시도이다.
도 6은 제2 구성에서 도 5의 수술 도구의 원위 단부의 사시도이다.
도 7은 제3 구성에서 도 5의 수술 도구의 원위 단부의 사시도이다.
도 8은 몇몇 실시예에 따른 예시적인 원격 수술 조작기 조립체에 장착되는 수술 도구 작동 조립체 포드와 결합된 수술 도구를 도시하고 있는 사시도이다.
도 9는 몇몇 실시예에 따른 예시적인 수술 도구 작동 조립체 포드의 사시도이다.
도 10은 몇몇 실시예에 따른 예시적인 원격 수술 시스템 조작기의 사시도이다.
도 11은 도 10에 대응하는 부분 투시도이다.
도 12는 도 10의 원격 수술 시스템 조작기의 측면도이다.
도 13은 도 12에 대응하는 부분 투시도이다.
도 14는 도 10의 원격 수술 시스템 조작기의 평면도이다.
도 15는 도 14에 대응하는 부분 투시도이다.
도 16 및 도 17은 조작기의 요잉 모션을 도시하고 있는 도 10의 원격 수술 시스템 조작기의 부분 투시 사시도이다.
도 18 내지 도 20은 조작기의 피치 모션을 도시하고 있는 도 10의 원격 수술 시스템 조작기의 부분 투시 사시도이다.
도 21은 몇몇 실시예에 따른 다른 예시적인 원격 수술 시스템 조작기에 장착되는 수술 도구 작동 조립체 포드와 결합된 수술 도구를 도시하고 있는 사시도이다.
도 22 내지 도 24는 조작기의 피치 모션을 도시하고 있는 도 21의 원격 수술 시스템 조작기의 부분 투시 사시도이다.
본 발명의 양태, 실시예, 구현예 또는 용례를 예시하는 상세한 설명 및 첨부 도면은 한정으로서 취해져서는 안되고 - 청구범위가 보호된 발명을 정의한다. 다양한 기계적, 구성적, 구조적, 전기적, 및 동작적 변경이 본 설명 및 청구범위의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 이루어질 수도 있다. 몇몇 경우에, 공지의 회로, 구조체, 및 기술은 본 발명을 불명료하게 하지 않기 위해 상세히 도시되거나 설명되어 있지 않다. 2개 이상의 도면에서 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 요소를 표현하고 있다.
또한, 하나 이상의 실시예 및 선택적 요소 또는 특징을 설명하기 위해 선택된 특정 단어는 본 발명을 한정하도록 의도된 것은 아니다. 예를 들어, 공간적 상대 용어 - "밑", "아래", "하부", "위", "상부", "근위", "원위" 등과 같은 - 는 도면에 도시된 바와 같은 다른 요소 또는 특징부에 대한 하나의 요소 또는 특징부의 관계를 설명하는데 사용될 수도 있다. 이들 공간적 상대 용어는 도면에 도시된 위치 및 배향에 추가하여 사용 또는 동작시에 디바이스의 상이한 위치(즉, 병진 배치) 및 배향(즉, 회전 배치)을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 도면의 디바이스가 전복되면, 다른 요소 또는 특징부 "아래" 또는 "밑에" 있는 것으로서 설명되는 요소는 이어서 다른 요소 또는 특징부 "위" 또는 "위에" 있을 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 위 및 아래의 양 위치 및 배향의 모두를 포함할 수 있다. 디바이스는 다른 방식으로 배향될 수도 있고(예를 들어, 90도 회전되거나 다른 배향에 있음), 본 명세서에 사용된 공간적 상대 기술자는 이에 따라 해석된다. 마찬가지로, 다양한 축을 따른(병진) 그리고 주위의(회전) 이동의 설명은 다양한 특정 디바이스 위치 및 배향을 포함한다. 바디의 위치와 배향의 조합은 바디의 자세를 정의한다.
유사하게, "평행", "수직", "둥근" 또는 "정사각형"과 같은 기하학적 용어는, 문맥상 달리 지시되지 않으면, 절대적인 수학적 정확도를 필요로 하지 않도록 의도된다. 대신에, 이러한 기하학적 용어는 제조 또는 등가의 기능으로 인한 변동을 허용한다. 예를 들어, 요소가 "둥근" 또는 "일반적으로 둥근"으로 설명되면, 정확하게 원형이 아닌 구성요소(예를 들어, 약간 장방형 또는 다면 다각형)이 이 설명에 여전히 포함된다. 단어 "포함하는" 또는 "갖는"은 포함한다를 의미하지만 이에 한정되지는 않는다.
설명이 합리적인 길이로 유지되어야 하고 통상의 기술자는 배경기술 및 연관된 기술을 이해할 수 있을 것이기 때문에, 이 설명이 충분히 명확하고 간결하며 정확하지만, 세심하고 철저한 언어 정확도가 항상 가능하거나 바람직하다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 비디오 신호를 고려할 때, 통상의 기술자는 신호를 디스플레이하는 것으로서 설명된 오실로스코프는 신호 그 자체를 디스플레이하는 것이 아니라 신호의 표현을 디스플레이하고, 신호를 디스플레이하는 것으로서 설명된 비디오 모니터는 신호 자체를 디스플레이하는 것이 아니라 신호가 전달하는 비디오 정보를 디스플레이한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
게다가, 단수 형태의 용어는 문맥상 달리 지시되지 않으면, 복수 형태를 마찬가지로 포함하도록 의도된다. 그리고, 용어 "포함한다", "구비한다", "갖는다" 등은 언급된 특징들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 구성요소들의 존재를 상술하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 단계들, 동작들, 요소들, 구성요소들, 및/또는 그룹의 존재 또는 추가를 배제하는 것은 아니다. 그리고, 하나 이상의 개별 열거된 아이템 또는 그 각각은 달리 언급되지 않으면, 선택적인 것으로 고려되어야 하므로, 아이템의 다양한 조합이 각각의 가능한 조합의 철저한 리스트 없이 설명된다. 조동사는 마찬가지로 특징, 단계, 동작, 요소 또는 구성요소가 선택적인 것을 의미할 수도 있다.
하나의 실시예, 구현예 또는 용례를 참조하여 상세히 설명된 요소는, 이들이 구체적으로 도시되거나 설명되지 않은 다른 실시예, 구현예 또는 용례에, 실용적일 때마다, 선택적으로 포함될 수도 있다. 예를 들어, 요소가 일 실시예를 참조하여 상세히 설명되고 제2 실시예를 참조하여 설명되지 않는 경우, 요소는 그럼에도 불구하고 제2 실시예에 포함되는 것으로서 청구될 수도 있다. 따라서, 이하의 설명에서 불필요한 반복을 회피하기 위해, 일 실시예, 구현예 또는 용례와 연관하여 도시되고 설명된 하나 이상의 요소는, 구체적으로 달리 설명되지 않으면, 하나 이상의 요소가 실시예 또는 구현예를 비기능적으로 만들지 않으면, 또는 2개 이상의 요소가 상충하는 기능을 제공하지 않으면, 다른 실시예, 구현예 또는 양태에 합체될 수도 있다.
결합된 것으로서 설명된 요소는 전기적으로 또는 기계적으로 직접 결합될 수도 있고, 또는 하나 이상의 중간 구성요소를 통해 간접적으로 결합될 수도 있다.
기계적 구조체, 구성요소 또는 구성요소 조립체와 같은 부분과 연관하여 용어 "가요성"은 광범위하게 해석되어야 한다. 본질적으로, 이 용어는 부분에 손상 없이 부분을 반복적으로 굴곡하고 원래 형상으로 복원할 수 있다는 것을 의미한다. 다수의 "강성" 물체는, 용어가 본 명세서에 사용되는 바와 같이 이러한 물체가 "가요성"인 것으로 고려되지 않더라도, 재료 특성에 기인하는 약간의 고유의 탄성 "굴곡"을 갖는다. 가요성 부분은 무한 자유도(DOF)를 가질 수도 있다. 이러한 부분의 예는, 종종 상당한 단면 변형 없이, 다양한 간단한 또는 합성 곡선으로 굴곡될 수 있는 폐쇄된 굴곡 가능한 튜브(예를 들어, NITINOL, 폴리머, 연성 고무 등으로 제조), 나선형 코일 스프링 등을 포함한다. 다른 가요성 부분은 직렬 "척추"의 뱀 형상의 배열과 유사한 일련의 밀접하게 이격된 구성요소를 사용하여 이러한 무한-DOF 부분을 근사시킬 수도 있다. 이러한 척추 배열에서, 각각의 구성요소는 모션학적 체인 내의 짧은 링크이며, 각각의 링크 사이의 이동 가능한 기계적 구속(예를 들어, 핀 힌지, 컵 및 공, 라이브 힌지 등)은 링크들 사이의 1개(예를 들어, 피치) 또는 2개(예를 들어, 피치 및 요잉)의 DOF를 허용할 수도 있다. 짧은 가요성 부분은 모션학적 체인 내의 2개의 링크 사이에 하나 이상의 DOF를 제공하는 단일의 기계적 구속(관절)으로 역할하고 모델링될 수 있지만, 가요성 부분 자체가 다수의 결합된 링크로 구성된 모션학적 체인일 수도 있다. 통상의 기술자는 부분의 가요성이 강성도의 견지에서 표현될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이 설명에서 달리 언급하지 않으면, 기계적 구조체, 구성요소 또는 구성요소 조립체와 같은 가요성 부분은 능동적 또는 수동적으로 가요성일 수도 있다. 능동적 가요성 부분은 부분 자체와 고유로 연관된 힘을 사용하여 굴곡될 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 힘줄이 부분을 따라 길이방향으로 유도되고 부분의 종축으로부터 오프셋되어, 하나 이상의 힘줄 상의 장력이 부분 또는 부분의 일부가 굴곡되게 한다. 능동적 가요성 부분을 능동적으로 굴곡하는 다른 방법은, 공압 또는 유압 동력, 기어, 전기 활성 폴리머(더 일반적으로 "인공 근육") 등의 사용을 비한정적으로 포함한다. 수동적 가요성 부분은 부분에 외부의 힘(예를 들어, 인가된 기계 또는 전자기력)을 사용하여 굴곡된다. 수동적 가요성 부분은 다시 굴곡될 때까지 그 굴곡된 형상을 유지할 수도 있고, 또는 부분을 원래 형상으로 복원하는 경향이 있는 고유한 특성을 가질 수도 있다. 고유의 강성도를 갖는 수동적 가요성 부분의 예는 플라스틱 로드 또는 탄성 고무 튜브이다. 그 고유하게 연관된 힘에 의해 작동되지 않을 때 능동적 가요성 부분은 수동적 가요성일 수도 있다. 단일 부분은 직렬의 하나 이상의 능동적 및 수동적 가요성 부분으로 구성될 수도 있다.
본 발명의 양태는 컴퓨터 지원 원격 조작 수술 시스템과 연관된다. 원격 조작 수술 시스템의 예로는 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 Intuitive Surgical, Inc.에 의해 상용화된 da Vinci® 수술 시스템이 있다. 통상의 기술자는 본 명세서에 개시된 본 발명의 양태가 수동 및 컴퓨터 지원 실시예 및 구현예의 완전한 컴퓨터 지원 및 혼성 조합을 포함하는 다양한 방법으로 실시되고 구현될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 적용 가능한 경우, 본 발명의 양태는 비교적 더 소형의, 핸드헬드, 수동 조작식 디바이스 및 부가의 기계적 지지를 갖는 비교적 더 대형의 시스템 모두에서, 뿐만 아니라 컴퓨터 지원 원격 조작 의료 디바이스의 다른 실시예에서 실시되고 구현될 수도 있다. 게다가, 본 발명의 양태는 원격 조작 행동보다는 자율적인 행동을 포함하는 컴퓨터 지원 수술 시스템의 진보와 연관되어 있고, 따라서 설명이 원격 조작 시스템에 집중되더라도, 원격 조작 및 자율적 수술 시스템의 모두가 포함된다.
컴퓨터는 입력 정보에 수학적 또는 논리적 기능을 수행하여 처리된 출력 정보를 생성하는 프로그래밍된 명령을 따르는 기계이다. 컴퓨터는 수학적 또는 논리적 기능을 수행하는 논리 유닛, 및 프로그래밍된 명령, 입력 정보 및 출력 정보를 저장하는 메모리를 포함한다. 용어 "컴퓨터" 및 "프로세서" 또는 "제어기" 또는 "제어 시스템"과 같은 유사한 용어는 중앙 집중형 단일 위치 및 분산형 구현예를 모두 포함한다.
본 개시내용은 개선된 수술 및 원격 수술 디바이스, 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명의 개념은 수술 절차 중에 복수의 수술 도구가 연관된 복수의 원격 조작 조작기에 장착되고 이동되는 원격 수술 시스템에 사용을 위해 특히 유리하다. 원격 조작 수술 시스템은 종종 마스터-슬레이브 제어기로서 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하는 원격 로봇, 원격 수술 및/또는 원격현장감(telepresence) 시스템을 포함한다. 비교적 많은 수의 자유도를 갖는 관절식 링크 기구로 조작기 조립체를 이동시키도록 적절하게 구성된 프로세서를 채용하는 원격 조작 수술 시스템을 제공함으로써, 링크 기구의 모션은 최소 침습성 접근 부위를 통한 작업을 위해 맞춤화될 수 있다. 많은 수의 자유도는 또한 프로세서가 이들 이동 구조체들 사이의 간섭 또는 충돌 등을 억제하도록 조작기를 위치시키는 것을 허용할 수도 있다.
본 명세서에 설명된 조작기 조립체는 종종 원격 조작 조작기 및 그 위에 장착된 도구(종종 수술용 버전의 수술 기구를 포함하는 도구)를 포함하지만, 용어 "조작기 조립체"는 그 위에 도구가 장착되지 않은 조작기를 또한 포함할 것이다. 용어 "도구"는 범용 또는 산업용 로봇식 도구 및 특수 로봇식 수술 기구의 모두를 포함하는데, 수술 기구는 종종 조직의 조작, 조직의 치료, 조직의 영상 등을 위해 적합한 엔드 이펙터를 포함한다. 도구/조작기 인터페이스는 종종 신속 분리 도구 홀더 또는 커플링일 수 있어, 도구의 신속한 제거 및 대안적인 도구로의 교체를 허용한다. 조작기 조립체는 종종 원격 수술 절차의 적어도 일부 동안 공간에 고정되는 베이스를 가질 것이고, 조작기 조립체는 베이스와 도구의 엔드 이펙터 사이에 다수의 자유도를 포함할 수도 있다. 엔드 이펙터의 작동(파지 디바이스의 조오(jaw)의 개방 또는 폐쇄, 전기 수술 패들(electrosurgical paddle)의 여기(energizing) 등과 같은)은 종종 이들 조작기 조립체 자유도와 별개이고 추가될 것이다.
엔드 이펙터는 통상적으로 2 내지 6 자유도 사이의 작업 공간에서 이동할 것이다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "자세"는 용어는 위치 및 배향의 모두를 포함한다. 따라서, 엔드 이펙터의 자세의 변화(예를 들어)는 제1 위치로부터 제2 위치로의 엔드 이펙터의 병진, 제1 배향으로부터 제2 배향으로의 엔드 이펙터의 회전, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 따라서, 본 명세서에 사용될 때, 용어 "엔드 이펙터"는 그 최원위 부분 또는 부분들(예를 들어, 조오(들) 등)의 배향 또는 위치(예를 들어, "손목" 기능, 평행 모션 기능)를 변화시키는 기능을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
최소 침습성 원격 조작 수술을 위해 사용될 때, 조작기 조립체의 이동은 시스템의 프로세서에 의해 제어되어 도구의 샤프트 또는 중간부가 최소 침습성 수술 접근 부위 또는 다른 구멍을 통해 안전한 모션으로 구속되게 된다. 이러한 모션은, 예를 들어 구멍 부위를 통한 그 장축을 따르는 샤프트의 축방향 삽입, 그 장축에 둘레의 샤프트의 회전, 및 접근 부위에 인접한 그 장축 상의 피벗점(원격 모션 중심) 둘레의 샤프트의 피벗 모션을 포함할 수도 있다. 그러나, 이러한 모션은 종종 구멍에 인접한 조직을 찢어버리거나 접근 부위를 부주의하게 확대시킬 수도 있는 구멍 부위에서의 샤프트의 과도한 측방향 모션을 배제할 것이다. 접근 부위에서의 조작기 모션에 대한 이러한 구속의 일부 또는 모두는 원하지 않는 모션을 억제하는(즉, 하드웨어가 원격 모션 중심에서의 모션을 구속함) 기계적 조작기 관절 링크 기구를 사용함으로써 부여될 수도 있고, 또는 구속은 부분적으로 또는 부분적으로 로봇식 데이터 처리 및 제어 기술을 사용하여 부분적 또는 전체적일 수도 있다(즉, 소프트웨어 제어가 원격 모션 중심에서 모션을 구속함). 따라서, 조작기 조립체의 이러한 최소 침습적 구멍-구속 모션은 조작기 조립체의 0 내지 3 자유도를 채용할 수도 있다.
본 명세서에 설명된 다수의 예시적인 조작기 조립체는 데카르트 공간의 수술 부위 내에서 엔드 이펙터를 자세잡고 이동시키기 위해 필요한 것보다 더 많은 자유도(예를 들어, 7, 8, 9, 10 이상)를 가질 것이다. 예를 들어, 최소 침습성 구멍을 통해 내부 수술 부위에서 데카르트 공간에서 6 자유도의 수술용 엔드 이펙터를 이동시킬 수 있는 조작기 조립체는 선택적으로 9 자유도(6개의 엔드 이펙터 자유도 - 위치를 위한 3개, 배향을 위한 3개 - 더하기 접근 부위 구속, 충돌 회피 등을 따르기 위한 3개의 부가의 조작기 조립체 자유도)를 가질 수도 있다. 주어진 엔드 이펙터 자세를 위해 요구되는 것보다 더 많은 자유도를 갖는 고도로 구성 가능한 조작기 조립체는 작업 공간에서 엔드 이펙터 자세에 대한 관절 상태의 범위 허용하기 위해 충분한 자유도를 갖거나 제공하는 것으로서 설명될 수 있다. 예를 들어, 주어진 엔드 이펙터 위치에 대해, 조작기 조립체는 임의의 범위의 대안적인 조작기 링크 기구 자세를 점유(및 그 사이에서 구동됨)할 수도 있다. 유사하게, 주어진 엔드 이펙터 속도 벡터에 대해, 조작기 조립체는 조작기 조립체의 다양한 관절에 대한 상이한 관절 이동 속도의 범위를 가질 수도 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 조작 서브시스템(100)(예를 들어, 환자측 유닛) 및 원격 수술 시스템은 명령이 조작 서브시스템(100)에서 도구 모션을 제어하기 위해 입력되는 사용자 제어 서브시스템(40)(예를 들어, 외과 의사 제어 콘솔)을 선택적으로 포함한다.
도시된 실시예에서, 조작 서브시스템(100)은 베이스(110), 제1 조작기 아암 조립체(120), 제2 조작기 아암 조립체(130), 제3 조작기 아암 조립체(140) 및 제4 조작기 아암 조립체(150)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 베이스(110)는 바닥에 놓이는 부분, 베이스로부터 수직으로 연장하는 수직 기둥, 기둥의 상부로부터 연장하는 수평 붐을 포함한다. 환자측 유닛을 기계적으로 접지하기 위한 다른 베이스 구성(예를 들어, 천장, 벽, 테이블 장착형 등)이 선택적으로 사용될 수도 있다. 각각의 조작기 아암 조립체(120, 130, 140 및 150)는 베이스(110)에 피벗식으로 결합된다. 몇몇 실시예에서, 4개 미만 또는 4개 초과의 로봇식 조작기 아암 조립체가 조작 서브시스템(100)의 부분으로서 포함될 수도 있다. 도시된 실시예에서, 베이스(110)는 용이한 이동성을 허용하는 캐스터를 포함하지만, 몇몇 실시예에서 조작 서브시스템(100)은 바닥, 천장, 수술 테이블, 구조 프레임워크 등에 고정식으로 장착된다.
통상적인 용례에서, 조작기 아암 조립체(120, 130, 140, 또는 150) 중 2개는 각각 수술 도구를 보유하고, 제3 또는 조작기 아암 조립체(120, 130, 140, 또는 150)는 입체 내시경을 보유한다. 다른 도구가 작업 부위에 도입될 수 있도록 나머지 조작기 아암 조립체가 이용 가능하다. 대안적으로, 나머지 조작기 아암 조립체는 초음파 트랜스듀서와 같은 제2 내시경 또는 다른 화상 캡처 디바이스를 작업 부위에 도입하기 위해 사용될 수도 있다.
조작기 아암 조립체(120, 130, 140, 150) 각각은 작동 가능(전동식) 관절을 통해 함께 결합되고 조작되는 링크를 포함한다. 조작기 아암 조립체(120, 130, 140, 150) 각각은 셋업 아암부 및 조작기를 포함한다. 셋업 아암부는 도구가 절개부 또는 자연 오리피스에서 환자의 신체에 진입하는 장소에서 조작기의 원격 모션 중심을 배치하기 위해 조작기를 보유한다. 디바이스 조작기는 이어서 그 도구를 조작할 수도 있어; 원격 모션 중심 둘레로 피벗되고, 진입 구멍 내로 삽입되고 그 외로 수축되고, 종방향 샤프트 축 둘레로 회전될 수도 있다.
도시된 실시예에서, 사용자 제어 서브시스템(40)은 스테레오 비전 디스플레이(45)를 포함하여, 사용자가 조작 서브시스템(100)의 입체 카메라에 의해 캡처된 화상으로부터 입체 비전에서 수술 작업 부위를 볼 수도 있게 된다. 스테레오 비전 디스플레이(45)에는 좌우 접안 렌즈(46, 47)가 제공되어 있어, 사용자가 좌안 및 우안으로 각각 디스플레이(45) 내부에서 좌우 디스플레이 스크린을 볼 수도 있게 된다. 통상적으로 적합한 뷰어 또는 디스플레이 상의 수술 부위의 화상을 보면서, 외과 의사는 하나 이상의 마스터 입력 디바이스를 제어함으로써 환자에 대한 수술 절차를 수행하고, 이 마스터 입력 디바이스는 이어서 조작 서브시스템에서 대응 도구의 모션을 제어한다.
사용자 제어 서브시스템(40)은 또한 사용자가 바람직하게는 6 이상의 자유도("DOF")로 조작 서브시스템(100)의 조작기 아암 조립체(120, 130, 140, 150)에 의해 보유되는 도구를 조작하기 위해 왼손 및 오른손으로 각각 파지할 수도 있는 좌측 및 우측 마스터 입력 디바이스(41, 42)를 또한 포함한다. 풋 페달(44)이 사용자 제어 서브시스템(40) 상에 제공되어, 사용자는 풋 페달과 연관된 디바이스의 이동 및/또는 작동을 제어할 수도 있게 된다. 시스템으로의 추가 입력은 입력(49)에 의해 도시된 바와 같이, 버튼, 터치 패드, 음성 등과 같은 하나 이상의 다른 입력을 통해 이루어질 수도 있다.
프로세서(43)는 제어 및 다른 목적을 위해 사용자 제어 서브시스템(40)에 제공된다. 프로세서(43)는 원격 수술 시스템에서 다양한 기능을 수행한다. 프로세서(43)에 의해 수행되는 하나의 기능은, 사용자가 수술 도구 및 내시경 카메라와 같은 도구를 효과적으로 조작할 수 있도록 그 대응하는 조작기 아암 조립체(120, 130, 140, 150)에서 그 각각의 관절을 작동시키기 위해 마스터 입력 디바이스(41, 42)의 기계적 모션을 변환하고 전달하는 것이다. 프로세서(43)의 다른 기능은 본 명세서에 설명된 방법, 교차 결합 제어 논리 및 제어기를 구현하는 것이다.
프로세서로 설명되었지만, 프로세서(43)는 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어의 임의의 조합에 의해 구현될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에 설명된 바와 같은 그 기능은 하나의 유닛에 의해 수행되거나 다수의 서브유닛 사이에 분할될 수도 있고, 각각의 서브유닛은 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어의 임의의 조합에 의해 순차적으로 구현될 수도 있다. 또한, 외과 의사 제어 유닛(40)의 부분으로서 또는 그에 물리적으로 인접하여 있는 것으로서 도시되었지만, 프로세서(43)는 또한 원격 수술 시스템 전체에 걸쳐 서브유닛으로서 분배될 수도 있다. 이에 따라, 본 명세서에 언급된 제어 양태는 프로세서(43)를 통해 중앙 집중형 또는 분산형 형태로 구현된다.
도 3을 참조하면, 로봇식 조작기 아암 조립체(120, 130, 140, 150)는 수술 도구와 같은 도구를 조작하여 최소 침습성 수술을 수행할 수 있다. 예를 들어, 도시된 배열에서, 조작기 아암 조립체(120)는 도구 홀더 조립체(122)를 포함한다. 캐뉼러(180) 및 수술 도구(200)는 이어서 도구 홀더 조립체(122)에 해제 가능하게 결합된다. 캐뉼러(180)는 수술 중에 환자 인터페이스 부위에 위치되는 관형 부재이다. 캐뉼러(180)는 수술 도구(200)의 세장형 샤프트(220)가 활주 가능하게 배치되는 루멘을 형성한다.
도구 홀더 조립체(122)는 스파(124), 캐뉼러 클램프(126) 및 도구 캐리지(128)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 캐뉼러 클램프(126)는 스파(124)의 원위 단부에 고정된다. 캐뉼러 클램프(126)는 캐뉼러(180)와 결합되거나 그로부터 결합 해제되도록 작동될 수 있다. 도구 홀더 캐리지(128)는 스파(124)를 따라 선형으로 병진하여 캐리지(128)에 결합된 도구를 근위측(후퇴) 또는 원위측(삽입)으로 이동시킨다. 스파(124)를 따른 도구 홀더 캐리지(128)의 이동은, 부분적으로 마스터 제어 입력이 도구의 삽입 및 후퇴 이동을 제어하는 동안, 프로세서(43)에 의해 제어된다. 도시된 바와 같이, 도구 홀더 캐리지(128)는 엔드 이펙터 및 다른 구성요소 이동을 제어하는 도구(200) 상의 기계적 입력을 구동하는 전기 모터를 포함한다.
수술 도구(200)는 트랜스미션 조립체(210), 세장형 샤프트(220) 및 엔드 이펙터(230)를 포함한다. 트랜스미션 조립체(210)는 도구 홀더 캐리지(128)와 해제 가능하게 결합될 수 있다. 샤프트(220)는 트랜스미션 조립체(210)로부터 원위측으로 연장된다. 엔드 이펙터(230)는 샤프트(220)의 원위 단부에 배치된다.
샤프트(220)는 캐뉼러(180)의 종축과 일치하는 종축(222)을 규정한다. 도구 홀더 캐리지(128)가 스파(124)를 따라 병진함에 따라, 수술 도구(200)의 세장형 샤프트(220)는 종축(222)을 따라 이동된다. 이러한 방식으로, 엔드 이펙터(230)는 환자의 신체 내의 수술 작업 공간으로부터 삽입 및/또는 수축될 수 있다.
또한 도 4를 참조하면, 원격 수술을 위한 다른 예시적인 조작 서브시스템(160)은 수술 테이블(10)에 각각 장착된 제1 조작기 아암 조립체(162) 및 제2 로봇식 조작기 아암 조립체(164)를 포함한다. 몇몇 경우에, 조작 시스템(160)의 이 구성은 도 1의 조작 서브시스템(100)에 대한 대안으로서 사용될 수 있다. 단지 2개의 조작기 아암 조립체(162, 164)만이 도시되어 있지만, 하나 또는 2개 초과(예를 들어, 3개, 4개, 5개, 6개 및 6개 초과)의 조작기 아암 조립체가 몇몇 구성에서 포함될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
몇몇 경우에, 수술 테이블(10)은 수술 중에 이동하거나 재구성될 수도 있다. 예를 들어, 몇몇 경우에, 수술 테이블(10)은 다양한 축 둘레로 기울어짐, 상승, 하강, 피벗, 회전 등 동작될 수도 있다. 몇몇 경우에, 수술 테이블(10)의 배향을 조작함으로써, 임상의는 향상된 수술 접근을 용이하게 하는 위치에 환자의 내부 장기를 위치시키기 위해 중력의 효과를 이용할 수 있다(즉, 중력 수축). 몇몇 경우에, 수술 테이블(10)의 이러한 이동은 원격 수술 시스템의 부분으로서 통합될 수도 있고 시스템에 의해 제어될 수도 있다.
또한 도 5 내지 도 7을 참조하면, 상이한 유형의 다양한 대안적인 원격 수술 도구 및 상이한 엔드 이펙터(230)가 사용될 수도 있으며, 조작기의 적어도 일부의 도구는 수술 절차 중에 제거되어 다른 도구로 교체된다. 조작기가 이동함에 따라, 도구는 전체로서 이동한다. 조작기는 선택적으로 또한 엔드 이펙터와 같은 하나 이상의 도구 구성요소를 이동하기 위해 도구에 기계적 입력을 제공한다. 선택적으로, 도구는 연관된 하나 이상의 도구 구성요소를 이동시키는 하나 이상의 모터를 포함할 수도 있다. 그리고 따라서, 몇몇 DOF는 도구를 전체로서 이동시키는 것과 연관되고(예를 들어, 원격 모션 중심 둘레의 도구 피치 또는 요잉, 원격 모션 중심을 통한 도구 삽입 및 후퇴), 몇몇 DOF는 도구 구성요소를 이동시키는 것과 연관된다(예를 들어, 샤프트를 롤링함으로써 엔드 이펙터를 롤링함, 샤프트에 관한 엔드 이펙터 피치 또는 요잉 등). 도구의 엔드 이펙터는 이들 유형의 DOF의 모두에 의해 이동되어, 종종 공간 내에서 원하는 엔드 이펙터 자세 변경을 수행하기 위해 협동하여 작동한다. 조작기 아암 조립체(120, 130, 140, 150)는 종종 대응하는 마스터 입력 디바이스에 의해 명령된 바와 같이 대응하는 도구 엔드 이펙터를 이동시키기 위해 수술 절차 중에 환자 외부에서 상당한 이동을 경험할 것이라는 것을 알 수 있다.
엔드 이펙터는 예를 들어 디바키 포셉(DeBakey Forceps)(56i), 마이크로포셉(56ii), 및 포츠 가위(Potts scissors)(56iii)와 같은 한 쌍의 엔드 이펙터 조오를 형성하기 위해 서로에 대해 피벗하는 제1 및 제2 엔드 이펙터 요소(56a, 56b)를 포함할 수도 있다. 다른 엔드 이펙터는 예를 들어 메스(scalpel) 및 전기 소작 요소와 같은 단일 엔드 이펙터 요소를 가질 수도 있다. 엔드 이펙터 조오를 갖는 도구의 경우, 조오는 종종 마스터 입력 디바이스(41, 42) 상의 그립 부재를 압착함으로써 작동될 것이다. 다른 엔드 이펙터 기계적 DOF는 스테이플 적용, 클립 적용, 나이프 블레이드 이동 등과 같은 기능을 포함할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 예시적인 원격 수술 시스템(500)은 수술 도구(600), 수술 도구 액추에이터 조립체(700)(본 명세서에서 또한 "포드"라 칭함) 및 조작기 조립체(800)를 포함한다. 포드(700)는 도구(600)와 호환 가능하고, 도구(600)는 포드(700)에 제거 가능하게 결합된다. 포드(700)는 조작기 조립체(800)에 결합된다. 몇몇 실시예에서, 포드(700)는 포드(700)가 다른 포드와 편리하게 상호 교환될 수 있도록 조작기 조립체(800)로부터 즉시 탈착 가능하다. 조작기 조립체(800)는 프레임 또는 구조체(도 4의 셋업 구조체(172)와 같은)에 조정 가능하게 장착될 수 있다. 조작기 조립체(800)와 포드(700)는 함께 조작기를 형성한다.
수술 도구(600)가 포드(700)와 결합될 때, 수술 도구(600)의 샤프트(640)는 조작기 조립체(800)에 해제 가능하게 결합되는 캐뉼러(400)를 통해 활주 가능하게 연장한다. 사용시, 캐뉼러(400)는 환자의 신체 벽 또는 자연 오리피스를 통해 연장할 수 있다. 수술 도구(600)는 사용자가 원격 수술을 수행하기 위해 마스터 입력 디바이스를 조작함으로써 제어되는 엔드 이펙터(650)를 포함한다.
포드(700)는 수술 도구(600)를 수용하도록 구성된 공간을 형성한다. 수술 도구(600)가 포드(700)에 결합될 때, 포드(700)는 전체로서 수술 도구(600)의 이동 및 도구의 주 본체에 관한 엔드 이펙터(650)의 이동을 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 포드(700)는 엔드 이펙터를 삽입 또는 후퇴하기 위해 포드(700)의 종축(702)을 따른 수술 도구의 병진 이동을 작동시킬 수 있다. 따라서, 종축(702)은 도구(600)의 장축과 일치하는 삽입축(702)이라 또한 칭할 수도 있다.
조작기 조립체(800)는 장착 베이스(810), 아암(820), 도구 액추에이터 조립체 커플링(840)("포드 커플링") 및 구동 링크(850)를 포함한다. 장착 베이스(810)는 원격 수술 시스템의 셋업 구조체(도 4의 셋업 구조체(172)와 같은)와 해제 가능하게 결합하도록 구성된다. 아암(820)은 장착 베이스(810)에 회전 가능하게 결합되어 축(802) 둘레로 회전한다.
포드 커플링(840)은 포드(700)와 해제 가능하게 결합하도록 구성되고, 포드 커플링(840)이 아암(820)에 의해 규정된 아치형 경로("피치 원호")를 따라 병진 이동 가능하도록 아암(820)과 이동 가능하게 결합된다. 도시된 바와 같이, 피치 원호(842)는 아암(820)의 원위부에 형성된다.
구동 링크(850)는 아암(820)과 포드 커플링(840) 사이에 이동 가능하게 결합된다. 링크(850)의 제1 단부는 아암(820)의 액추에이터에 결합된다. 링크(850)의 제2 단부는 포드 커플링(840)에 결합된다. 따라서, 아암(820) 내의 액추에이터는 구동 링크(850)를 통해 피치 원호(842)를 따라 포드 커플링(840)을 구동한다.
원격 수술 시스템(500)은 입력(예를 들어, 도 2를 참조하여 설명된 바와 같은 제어 서브시스템(40)을 사용하는 사용자 입력)에 응답하여 수술 도구(600)의 피치, 롤 및 요잉 모션을 작동하도록 구성된다. 예를 들어, 아암(820)은 장착 베이스(810)에 회전 가능하게 결합되어, 아암(820)은 화살표(804)에 의해 지시된 바와 같이, 장착 베이스(810)에 관련하여 요잉축(802) 둘레로 회전하도록 제어될 수 있게 된다. 게다가, 도구 액추에이터 조립체 커플링(840)은 화살표(844)에 의해 지시된 바와 같이 도구 액추에이터 조립체 커플링(840)이 피치 원호(842)를 따라 병진하게 제어될 수 있도록 아암(820)에 이동 가능하게 결합된다. 또한, 포드 커플링(840)에서, 포드(700)는 화살표(704)에 의해 지시된 바와 같이 아암(820)에 관련하여 삽입축(702) 둘레로 회전 가능하다. 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 포드 커플링(840)은 축(702) 둘레의 포드(700)의 회전을 구동하는 모터(846)를 포함한다.
몇몇 실시예(도시된 실시예와 같은)에서, 삽입축(702) 및 요잉축(802)은 피치 원호(842)의 중심점에서 서로 교차하여 원격 모션 중심(502)을 규정한다. 원격 모션 중심(502)은 전술된 롤, 피치 및 요잉 모션이 그 주위에서 발생하는 공간 내의 지점이다. 예를 들어, 아암(820)이 장착 베이스(810)에 관련하여 회전되어 수술 도구(600)의 요잉 모션을 발생함에 따라, 요잉축(802)이 원격 모션 중심(502)을 통과하기 때문에 원격 모션 중심(502)의 위치는 변경되지 않는다. 게다가, 포드 커플링(840)이 피치 원호(842)를 따라 아암(820)에 관련하여 병진되어 수술 도구(600)의 피치 모션을 발생함에 따라, 피치 원호(842)의 중심점은 원격 모션 중심(502)에 위치되기 때문에, 원격 모션 중심(502)의 위치는 변경되지 않는다. 또한, 포드(700)가 삽입축(702) 둘레로 아암(820)에 관련하여 회전되어 수술 도구(600)의 롤 모션을 발생함에 따라, 삽입축(702)이 원격 모션 중심(502)을 통과하기 때문에 원격 모션 중심(502)의 위치는 변경되지 않는다. 따라서, 원격 수술 시스템(500)은 하드웨어 구속형(hardware-constrained) 원격 모션 중심 시스템이라고 일컬을 수 있다.
사용시에, 원격 모션 중심(502)(통상적으로 캐뉼러(400)의 영역과 일치하는 위치에 있는)은 환자의 신체 벽 또는 자연 오리피스에 위치될 수도 있다. 이러한 배열의 하나의 장점은, 수술 도구(600)가 롤, 피치 및 요잉 모션을 경험하는 동안, 신체 벽과 인터페이스 접촉하는 캐뉼러(400)의 부분(원격 모션 중심(502)에 있는)이 수술 도구(600)가 롤, 피치 및 요잉 모션을 경험하는 동안 비교적 작은 양만큼 이동하기 때문에, 캐뉼러(400)에 의해 신체 벽에 인가되는 결과적인 외상이 감소되거나 제거된다는 것이다.
또한, 하드웨어-구속형 원격 모션 중심에 관하여, 피치 원호(842)를 따른 모든 포드(840) 위치에서, 삽입축(702) 및 요잉축(802)은 원격 모션 중심(502)이 위치되어 있는 피치 원호의 중심에서 서로 교차한다는 것이 이해되어야 한다. 게다가, 장착 베이스(810)에 대한 아암(820)의 요잉축(802) 둘레의 모든 위치에서, 삽입축(702) 및 요잉축(802)은 원격 모션 중심(502)이 위치되어 있는 피치 원호의 중심에서 서로 교차한다. 또한, 장착 베이스(810)에 대한 아암(820)의 요잉축(802) 둘레의 임의의 위치와 조합하여 피치 원호(802)를 따른 포드 커플링(840)의 모든 위치에서, 삽입축(702) 및 요잉축(802)은 원격 모션 중심(502)이 위치되어 있는 피치 원호의 중심에서 서로 교차한다.
도 9를 또한 참조하면, 포드(700)는 수술 도구(600) 및 조작기 조립체(800)로부터 격리하여 도시되어 있다. 포드(700)는 근위 단부(704) 및 원위 단부(706)를 포함하고, 종축(702)은 이들 근위 및 원위 단부 사이에 형성된다.
도시된 실시예에서, 포드(700)는 근위 단부 플레이트(705), 원위 단부 플레이트(707) 및 하우징(710)을 포함한다. 하우징(710)은 근위 단부(704)와 원위 단부(706) 사이에서 연장된다.
도시된 실시예에서, 근위 단부 플레이트(705)는 C형 플레이트이고, 원위 단부 플레이트(707)는 개방 중심을 형성하는 완전 원주형 플레이트이다. 근위 단부 플레이트(705)의 개구는 하우징(710)에 의해 형성된 슬롯 개구(712)와 정렬된다. 슬롯 개구(712) 및 C형 근위 단부 플레이트(705)의 개구는, 수술 도구(600)가 도구 구동 시스템(700)과 결합되는 동안 수술 도구(600)의 핸들(612)이 하우징(710)으로부터 반경방향으로 돌출하게 하기 위한 간극을 제공한다.
도시된 실시예에서, 포드(700)는 원위 단부(706)에 위치된 롤 종동 기어(708)를 또한 포함한다. 포드의 롤 종동 기어(708)는, 포드(700)가 조작기 조립체(800)와 맞물릴 때 포드 커플링(840)의 롤 구동 모터(846)에 결합된 롤 구동 기어(847)(도 13, 도 17 및 도 19 참조)와 맞물려서 그에 의해 구동될 수 있다. 롤 구동 기어(847)가 롤 종동 기어(708)를 구동할 때, 전체 포드(700)는 종축(702) 둘레로 롤링하도록 회전한다. 그 결과, 수술 도구(600)가 포드(700)와 맞물릴 때, 수술 도구(600)는 전체로서 종축(702) 둘레로(즉, 샤프트(640) 둘레로) 롤링하도록 또한 회전한다. 대안적으로, 몇몇 실시예에서, 롤 구동 모터(롤 구동 기어가 결합되는)는 포드(700)의 구성요소이고, 롤 종동 기어는 포드 커플링(840)의 구성요소이다. 롤 종동 기어는 몇몇 실시예에서 포드 커플링(840)에 고정될 수 있다. 이러한 배열에서, 롤 종동 기어가 롤 구동 모터에 의해 구동될 때, 전체 포드(700)는 종축(702) 둘레로 롤링하도록 회전한다. 도구를 전체로서 회전시키는 것은 도구의 엔드 이펙터를 회전시키고, 따라서 도구는 도구의 주 본체에 관한 롤에 대한 엔드 이펙터 DOF를 제거함으로써 단순화될 수도 있다.
또한 도 10, 도 12 및 도 14를 참조하면, 예시적인 조작기 조립체(800)는 수술 도구(600) 및 포드(700)로부터 격리하여 도시되어 있다. 예시적인 실시예에서, 장착 베이스(810)의 근위 단부는 원격 수술 시스템의 셋업 구조체(도 4의 셋업 구조체(172)와 같은) 내의 대응하는 소켓과 해제 가능하게 결합하도록 구성된 볼을 포함하는 것을 알 수 있다. 볼 및 소켓은 유리하게는 장착 베이스가 수술을 위해 캐뉼러와 정렬되도록 다양한 방식으로 자세를 취할 수 있게 하는 구형 관절을 형성한다. 다른 실시예에서, 다른 관절 구성이 조작기와 아암의 셋업부 사이에 사용될 수도 있다.
도시된 실시예에서, 포드 커플링(840)은 삽입축(702) 둘레에서 회전하도록 포드(700)를 구동하는 롤 구동 모터(846)를 포함한다. 개방 내부 공간이 포드 커플링(840)에 형성된다. 이 개방 공간은 포드(700)의 원위 단부(706)를 수용하고, 포드(700)가 포드 커플링(702) 상에 장착될 때 삽입축(702)과 정렬된다. 삽입하는 포드(700)의 원위 단부(706)는 포드(700)를 롤 구동 모터(846)와 맞물리게 하는데, 이 모터는 이어서 포드(700)를 구동하여 삽입축(702) 둘레로 롤링할 수도 있다. 롤 구동 모터(846) 배치의 상세는 이하에서 더 설명된다.
링크(850)는 아암(820)과 포드 커플링(840) 사이에 이동 가능하게 결합된다. 링크(850)의 제1 단부는 아암(820)의 액추에이터(예를 들어, 선형 액추에이터)에 결합된다. 링크(850)의 제2 단부는 포드 커플링(840)에 결합된다. 따라서, 포드 커플링(840)은 아암(820)의 액추에이터에 의해 구동되는 링크(850)에 의해 피치 원호(842)의 곡선형 경로를 따라 구동된다. 스크류가 회전함에 따라 병진하는 나사산 형성 너트로 리드 스크류 또는 볼 스크류를 구동하는 모터, 체인 또는 벨트 드라이브, 유압 또는 공압 액추에이터, 전자기 또는 압전 선형 드라이브 등을 포함하여, 다양한 선형 액추에이터 유형이 사용될 수도 있다.
또한 도 11, 도 13 및 도 15를 참조하면, 예시적인 조작기 조립체(800)의 부분이 투명하게 도시되어 있어, 따라서 조작기 조립체(800)의 내부 구성요소가 시각화될 수 있다.
먼저, 조작기 조립체(800)의 요잉 모션을 위해 사용되는 기구가 설명될 것이다. 아암(820)은 장착 베이스(810)에 의해 형성된 내부 공간 내로 연장하고 아암과 장착 베이스 사이에 롤 관절을 형성하는 원통형 돌출부(822)를 포함한다. 이격된 요잉 베어링(824a, 824b)이 돌출부(822)와 장착 베이스(810)에 의해 형성된 내부 공간 사이에 배치되어 베이스(810)와 아암(820) 사이에 회전 가능한 인터페이스를 제공한다. 원통형 돌출부(822)의 종축은 요잉축(802)을 규정한다. 요잉-조정 모터(826)가 요잉축(802)에 평행하고 그로부터 오프셋된 회전 축을 갖고 아암(820) 내에 배치된다. 요잉 구동 기어(828)가 요잉-조정 모터(826)에 의해 구동된다. 요잉 구동 기어(828)는 장착 베이스(810)에 고정 관계로 그리고 요잉축(802) 주위에 부착된 요잉 종동 기어(806)와 맞물린다. 도시된 실시예에서, 요잉 종동 기어(806)는 원하는 요잉 모션 범위를 수용하기에 충분한 섹터 기어(예를 들어, 아치형 기어 래크)이다. 장착 베이스(810)가 셋업 구조체에 의해 고정 상태로 보유되는 동안, 요잉-조정 모터(826)의 작동은 요잉 구동 기어(828)를 회전시킬 것이고, 이 요잉 모션 기어는 이어서 요잉 종동 기어(806) 주위에서(즉, 요잉축(802) 주위에서) 원형 경로를 따라 진행할 것이다. 그 결과, 아암(820)은 장착 베이스(810)에 관련하여 요잉축(802) 둘레로 회전할 것이다. 그러나, 선택적으로, 돌출부가 베이스(810)로부터 아암(820) 내로 연장될 수도 있으며, 전술된 구성요소는 이에 따라 수정된다. 그리고, 선택적으로, 모터 및 구동 기어는 회전을 위해 베이스(810) 및 구동 아암(820) 내에 고정될 수도 있다.
이제, 조작기 조립체(800)의 피치 모션에 사용되는 기구가 설명될 것이다. 아암(820)은 피치-조정 모터(830)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 2개의 피치-조정 모터(830)는 더 큰 토크를 위해 함께 결합되지만, 2개의 모터는 모든 실시예에서 요구되지는 않는다. 몇몇 실시예에서, 단일 피치-조정 모터(830)가 포함된다. 피치-조정 모터(830)의 샤프트에 결합된 피치 구동 기어(832)는 피치-조정 모터(830)에 의해 회전된다. 피치 종동 기어(834)가 피치 구동 기어(832)에 의해 구동된다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 중간 기어가 피치 구동 기어(832)와 피치 종동 기어(834) 사이에 위치될 수도 있다. 피치 종동 기어(834)는 아암(820) 내에 회전 가능하게 결합되는 리드 스크류(836)에 부착된다. 따라서, 피치 종동 기어(834)가 피치 구동 기어(832)(피치-조정 모터(830)에 의해 회전됨)에 의해 회전됨에 따라, 리드 스크류(836)는 종축 둘레로 회전된다. 너트(838)가 리드 스크류(836)와 나사식으로 결합된다. 너트(838)는 리드 스크류(836)가 회전함에 따라 리드 스크류(836)와 함께 회전하는 것이 억제된다. 따라서, 리드 스크류(836)가 회전함에 따라, 너트(838)는 리드 스크류(836)의 종축을 따라 병진한다. 링크(850)의 제1 단부(852)가 너트(838)에 피벗 가능하게 결합된다. 링크(850)의 제2 단부(854)가 포드 커플링(840)에 피벗 가능하게 결합된다. 따라서, 너트(838)가 리드 스크류(836)의 종축을 따라 병진함에 따라, 링크(850)의 제2 단부(854)는 포드 커플링(840)의 병진을 구동한다. 포드 커플링(840)의 병진은 피치 원호(842)의 곡선형 경로를 따른다. 이는 포드 커플링(840)이 아암(820) 내에 형성된 아치형 홈(821) 내에서 진행하는 4개의 베어링(848)을 포함하기 때문이다. 아치형 홈(821)은 피치 원호(842)를 형성한다. 다른 실시예는 선택적으로 하나 이상의 베어링을 갖는 단일 아치형 홈, 양측에 베어링을 갖는 하나 이상의 아치형 레일, 각각의 레일 내부에 개별 베어링을 갖는 하나 이상의 평행 아치형 레일, 정합 피니언을 갖는 하나 이상의 아치형 기어 래크, 로드 상을 활주하는 하나 이상의 베어링을 갖는 하나 이상의 아치형 로드와 같은 다른 피치 원호 디자인을 사용한다. 그리고, 전술된 바와 같이, 다른 선형 액추에이터 유형이 사용될 수도 있다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 예시적인 조작기 디바이스(800)의 요잉 모션(화살표(804)에 의해 표현된 바와 같이)이 추가로 시각화될 수 있다. 장착 베이스(810)는 고정되고(예를 들어, 셋업 구조체에 결합됨), 아암(820)은 장차 베이스(810)에 관련하여 요잉축(802) 둘레로 회전 가능하다.
아암(820)은 요잉-조정 모터(826)를 포함한다. 요잉 구동 기어(828)는 요잉-조정 모터(826)의 샤프트에 견고하게 결합된다. 따라서, 요잉-조정 모터(826)의 작동은 요잉 구동 기어(828)를 회전시킬 것이다. 요잉-조정 모터(826)는 양방향으로 회전할 수 있다.
요잉 구동 기어(828)는 요잉축(802) 주위의 장착 베이스(810)와 고정 관계로 부착된 요잉 종동 기어(806)와 맞물린다. 장착 베이스(810)는 셋업 구조체에 의해 고정되어 있기 때문에, 요잉-조정 모터(826)(요잉 구동 기어(828)를 회전시키는)의 작동은 요잉 종동 기어(806) 주위의 원형 경로를 따라 요잉 구동 기어(828)가 진행하게 할 것이다. 결과적으로, 아암(820)은 요잉축(802) 둘레로 장착 베이스(810)에 관련하여 회전할 것이다.
도시된 실시예에서, 조작기 디바이스(800)는 약 160°의 요잉 모션의 범위를 통해 회전 가능하게 조정될 수 있다. 즉, 아암(820)은 약 160°의 진행을 통해 요잉축(802) 둘레로 장착 베이스(810)에 관련하여 회전할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 조작기 디바이스(800)는 약 90° 내지 약 130°, 약 100° 내지 약 140°, 약 110° 내지 약 150°, 약 120° 내지 약 160°, 약 130° 내지 약 170° 또는 약 140° 내지 약 180°의 요잉 모션의 범위를 용이하게 하도록 구성된다. 요잉 모션 범위는 하드웨어(예를 들어, 아치형 래크의 단부, 베이스와 아암 사이의 물리적 하드 스톱 등)에 의해 구속될 수도 있거나 모터(826)의 소프트웨어 제어에 의해 구속될 수도 있다.
조작기 조립체 요잉 및 피치 액추에이터 모터를 아암(820)에 배치하는 것은 유리하게는 베이스(810)가 비교적 짧아지게 하고, 피치 드라이브가 그 자체로 접힐 수 있게 하며, 요잉 드라이브가 전체 콤팩트한 아암 및 조작기 조립체 디자인을 위해 피치 드라이브와 동일한 길이를 점유하게 한다.
도 18 내지 도 20을 참조하면, 예시적인 조작기 조립체(800)의 피치 모션(화살표(844)에 의해 표현됨)이 추가로 시각화될 수 있다. 조작기 조립체(800)의 피치 모션은 화살표(844)에 의해 지시된 바와 같이 피치 원호(842)를 따라 포드 커플링(840)의 곡선형 병진 이동을 수반한다.
아암은 리드 스크류(836)를 양방향으로 회전 가능하게 구동시키는 하나 이상의 피치-조정 모터(830)를 포함한다. 너트(838)는 리드 스크류(836)에 나사식으로 결합되고, 리드 스크류(836)의 회전이 너트(838)의 병진 이동을 야기하도록 회전식으로 구속된다. 링크(850)의 제1 단부(852)는 너트(838)에 피벗 가능하게 결합된다. 링크(850)의 제2 단부(854)는 포드 커플링(840)에 피벗 가능하게 결합된다. 따라서, 너트(838)가 리드 스크류(836)의 종축을 따라 병진함에 따라, 링크(850)의 제2 단부(854)는 포드 커플링(840)의 병진을 구동한다. 포드 커플링(840)은 아암(820) 내에 형성된 아치형 홈(821)(도 11 및 도 13) 내에서 진행하는 4개의 베어링(848)을 포함하기 때문에, 포드 커플링(840)의 병진은 피치 원호(842)의 곡선형 경로를 따른다. 아치형 홈(821)은 피치 원호(842)를 형성한다. 4개의 베어링(848)은 유리하게는 아암(820)과 관련하여 포드 커플링(840)의 구조적 안정성 및 강성을 제공하도록 서로로부터 이격되어 있다.
삽입축(702)과 대체로 평행한 수술 도구(600) 및/또는 캐뉼러(400)(도 8)로부터의 힘은 아암(820) 내에 형성된 아치형 홈(821) 내에서 진행하는 4개의 이격된 베어링(848)을 통해 아암(820)에 전달된다. 삽입축(702)을 가로지르는 수술 도구(600) 및/또는 캐뉼러(400)로부터의 힘, 및 수술 도구(600) 및/또는 캐뉼러(400)로부터의 비틀림 힘은 다수의 베어링(849)을 통해 아암(820)으로 전달된다. 베어링(849)은 포드 커플링(840)에 회전 가능하게 결합되고 아암(820)의 내부 평면 표면 상을 롤링한다. 도시된 실시예에서, 8개의 베어링(849)이 포함된다(아암(820)의 원위 아치형 부분 내에 탑승하는 포드 커플링(840)의 각각의 측면에 4개). 이들 8개의 베어링(849)은 아암(820)과 관련하여 포드 커플링(840)의 구조적 안정성 및 강성을 유리하게 제공하도록 서로로부터 이격되어 있다. 몇몇 실시예에서, 8개 초과 또는 미만의 베어링(849)이 포함된다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 9개, 10개, 11개, 12개 또는 12개 초과의 베어링(849)이 포함된다.
피치 원호(842)의 반경(843)의 중심점은 원격 모션 중심(502)과 일치한다. 따라서, 피치 원호(842)의 반경(843)의 중심점이 원격 모션 중심(502)과 일치하기 때문에, 조작기 디바이스(800)의 피치 모션은 원격 모션 중심(502) 둘레에 이루어진다.
도시된 실시예에서, 조작기 디바이스(800)는 피치 모션의 약 80°의 범위를 통해 조정될 수 있다. 즉, 포드 커플링(840)은 약 80° 진행을 통해 피치 원호(842)를 따라 아암(820)에 관련하여 병진할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 조작기 디바이스(800)는 약 50° 내지 약 70°, 약 60° 내지 약 80°, 약 70° 내지 약 90°, 약 80° 내지 약 100°, 약 90° 내지 약 110°, 또는 약 100° 내지 약 120°의 피치 모션 범위를 용이하게 하도록 구성된다. 모션 범위는 아치형 홈의 단부 또는 전용 기계적 정지부에 도달하는 것과 같은, 물리적 하드 스톱에 의해 구속될 수도 있거나, 또는 모터의 소프트웨어 제어에 의해 구속될 수도 있다.
조작기 디바이스(800)의 피치 모션의 범위는 링크(850)의 구성에 의해 부분적으로 유리하게 용이하게 된다. 즉, 링크(850)의 제2 단부(854)는, 포드 커플링(840)이 도 10 및 도 11, 도 14 내지 도 16 및 도 18 내지 도 20에 도시된 바와 같이 아암(820)에 관련하여 위치되는 동안, 포크 사이의 공간 내에서 진행하도록 롤-조정 모터(846)를 위한 간극을 제공하도록 포크형으로 형성된다. 롤 구동 모터(846)를 포드 커플링(820) 상에 근위측에 배치하는 것은, 수술 도구가 그 최대 피치-백 모션 범위 한계로 구동될 때 모터가 원위측으로 돌출하여 다른 조작기 또는 수술 도구 또는 임상 요원과 간섭하는 것을 방지하고, 링크(850)를 포크형으로 형성하는 것은 모터가 링크 내에서 진행하게 하여 수술 도구의 전체 피치-포워드 모션 범위 한계를 증가시킨다. 그러나, 대안적으로, 롤 구동 모터는 원위측에 또는 포드 커플링 상의 측면에 배치될 수도 있다. 그리고, 링크(850)를 포크형으로 형성하기보다는, 모터(846)의 측면에 대한 비포크형 단일 링크 오프셋 또는 링크(846)의 양측상의 2개의 링크가 선택적으로 사용될 수도 있다.
전술된 바와 같이, 너트(838)는 회전이 구속된다. 너트(838)가 이와 같이 구속되게 하는 하나의 기구는 유리하게는 리드 스크류(836)에 대한 바람직하지 않은 측방향 힘의 인가를 방지하거나 감소시키는 것을 또한 돕는다. 특히, 아암(820)은 리드 스크류(836)의 대향 측면들 상의 리드 스크류(836)에 평행하게 연장하는 2개의 세장형 선형 채널(839)(예를 들어, 도 13 참조)을 형성한다. 2개의 베어링(853)은 2개의 세장형 선형 채널(839) 내에 이동 가능하게 결합된다. 2개의 베어링(853)은 너트(838) 또는 링크(850)의 제1 단부(852)와 회전 가능하게 결합될 수 있다. 이 배열은 링크(850)로부터(그렇지 않으면 리드 스크류(836)에 측방향으로 인가될 것임) 베어링(853)을 통해 세장형 선형 채널(839)로 힘을 전달할 것이다.
몇몇 실시예에서, 조작기 조립체(800)는 다양한 유리한 목적으로 전자 센서 등을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 인코더가 전동 피치, 롤 및/또는 요잉-조정 기구의 구동 트레인에 결합될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 조작기 디바이스(800)의 이동 가능한 구성요소의 위치를 확실하게 식별할 수 있는 위치 센서가 사용될 수도 있다.
도 21을 참조하면, 다른 예시적인 원격 수술 시스템 조작기(1100)는 이후에 원격 조작 도구 조작기를 형성하도록 예시적인 조작기 조립체(900)와 결합 가능한 호환성 수술 도구 액추에이터 조립체(1000)(재차, "포드")와 선택적으로 결합 가능한 수술 도구(600)를 포함한다. 수술 도구(600)의 구성은 전술된 바와 같으며, 상기의 포드(700)의 설명은 일반적으로 포드(1000)에 적용되며, 이하의 설명에서 언급되는 특정의 차이점이 있다. 조작기 조립체(900) 및 그 구성요소는 일반적으로 전술된 바와 같은 조작기 조립체(800) 및 그 구성요소(예를 들어, 베이스, 아암, 포드 커플링)와 유사하며, 이하의 설명에서 언급되는 특정의 차이점이 있다. 캐뉼러(1200) 및 그 장착은 일반적으로 전술된 캐뉼러(400)와 유사하다. 원격 모션 중심(502) 및 연관된 요잉, 피치 및 삽입축은 전술된 바와 같다.
도 21에 도시된 바와 같이, 수술 도구 액추에이터 조립체 커플링(940)(재차, "포드 커플링")은, 포드 커플링(940)이 아암(920)의 원위부에 의해 형성된 아치형 경로(942)(재차, "피치 원호")를 따라 병진하도록 아암(920)과 이동 가능하게 결합된다. 도시된 실시예에서, 아치형 경로(942)는 고정형 아치형 세그먼트(922)(즉, 아암(920))의 다른 주요부에 관련하여 고정됨)와 가동형 아치형 세그먼트(926)의 조합에 의해 형성된다. 가동형 아치형 세그먼트(926)는 도 22 내지 도 24를 참조하여 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 신축식 배열로 고정형 아치형 세그먼트(922)에 이동 가능하게 결합된다.
링크(950)는 링크(850)와 유사하고 아암(920)과 포드 커플링(940) 사이에 이동 가능하게 결합된다. 링크(950)의 제1 단부는 아암(820)의 피치-조정 액추에이터와 유사한 아암(920)의 액추에이터에 결합된다. 링크(950)의 제2 단부는 포드 커플링(940)에 결합된다. 따라서, 포드(940)는 아암(920)의 액추에이터에 의해 구동되는 링크(950)에 의해 피치 원호(942)의 곡선형 경로를 따라 구동된다.
원격 수술 시스템(1100)은, 아암(820)이 연관된 요잉축(902) 주위로 회전하고(화살표(904)), 포드 커플링(940)이 피치 원호(942)를 따라 병진 모션하고(화살표(944)), 포드(1000)가 삽입축(1002) 주위로 회전하는(화살표(1004)에서) 상태에서, 전술된 바와 같은 사용자 입력에 응답하여 수술 도구(600)의 요잉, 피치, 및 롤 모션을 작동하도록 구성된다. 전술된 바와 같이, 포드(1000)는 축(1002)을 따른 도구 삽입 및 후퇴 및 도구(600)를 원위 구성요소 이동을 제어한다.
도 22 내지 도 24를 또한 참조하여, 예시적인 조작기 조립체(900)의 피치 모션(화살표(944)에 의해 표시된 바와 같은)이 이제 더 설명될 것이다. 조작기 디바이스(900)의 피치 모션은 화살표(944)에 의해 지시된 바와 같이 피치 원호(942)를 따라 포드 커플링(940)의 곡선형 병진 이동을 수반한다. 이들 도면에서, 아암(920)은 아암(920) 내부의 기구가 시각화될 수 있도록 투명하게 도시되어 있다.
도시된 실시예에서, 아치형 경로(942)는 제1 고정형 아치형 세그먼트(922)와 제2 가동형 아치형 세그먼트(926)의 조합에 의해 형성된다. 가동형 아치형 세그먼트(926)는 고정형 아치형 세그먼트(922)에 이동 가능하게 결합되어 이동 가능한 세그먼트(926)가 고정 세그먼트(922)에 관하여 원위측으로 신축하게 한다. 도시된 바와 같이, 이동 가능한 세그먼트(926)는 고정 세그먼트(922) 내부에 위치되어 병진하고, 선택적으로 이동 가능한 세그먼트(926)는 고정 세그먼트(922) 외부에 위치되어 병진한다. 이러한 신축식 배열은 장점을 제공한다. 예를 들면, 도 22 및 도 23에 도시된 바와 같이, 아치형 세그먼트(922, 926)의 신축식 배열은 동일한 피치 모션 범위를 갖는 고정된 아치형 부분만을 갖는 아암과 비교하여 조작기 조립체(900)의 전체 길이가 더 짧아지게 한다. 더 짧은 전체 길이를 갖는 것은 유리하게는, 조작기 조립체들 사이의 충돌의 잠재성을 감소시킬 수 있다(예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 수술 중에 2개 이상의 조작기 조립체가 사용될 때). 부가적으로, 조작기 조립체(900)의 전체 길이를 단축시키는 것은 임상 요원에 의한 향상된 환자 접근 및 환자와 관련한 조작기 위치설정의 더 많은 유연성을 허용한다.
아암(820)에 대해 전술된 바와 같이, 아암(920)은 리드 스크류(936)를 양방향으로 회전 가능하게 구동시키는 하나 이상의 피치-조정 모터(930)를 포함한다. 너트(938)는 리드 스크류(936)에 나사식으로 결합되고, 리드 스크류(936)의 회전이 너트(938)의 병진 이동을 야기하도록 회전식으로 구속된다. 링크(950)의 제1 단부(952)는 너트(938)에 피벗 가능하게 결합된다. 링크(950)의 제2 단부(954)는 포드(940)에 피벗 가능하게 결합된다. 따라서, 너트(938)가 리드 스크류(936)의 종축을 따라 병진함에 따라, 링크(950)의 제2 단부(954)는 피치 원호(942)의 곡선형 경로를 따르도록 포드 커플링(940)의 병진을 구동한다. 도 22 내지 도 24의 시퀀스는, 피치 원호(942)를 따라 병진하는 포드 커플링(940), 뿐만 아니라 고정 세그먼트(922)에 관련하여 신축하는 이동 가능한 세그먼트(926)를 도시하고 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 최대 수술 도구 피치-포워드 구성에서, 포드 커플링(940)은 가동형 아치형 세그먼트(926)에 관련하여 그 근위 단부 모션 범위 한계에 위치되고, 가동형 아치형 세그먼트(926)는 고정형 아치형 세그먼트(922)에 관련하여 그 근위 단부 모션 범위 한계에 위치된다. 링크(950)가 아암(920)에 관련하여 원위측으로 구동됨에 따라, 포드 커플링(940)은 먼저 가동형 아치형 세그먼트(926)가 고정형 아치형 세그먼트(922)에 관련하여 고정 유지되는 동안 가동형 아치형 세그먼트(926)에 의해 규정된 곡선형 경로를 따라 원위측으로 병진하기 시작한다. 도 23에 도시된 바와 같이, 포드 커플링(940)이 가동형 아치형 세그먼트(926)에 관련하여 그 원위 모션 범위 한계에 도달한 구성에서, 가동형 아치형 세그먼트(926)는 고정형 아치형 세그먼트(922)에 관련하여 원위측으로 이동하기 시작한다. 링크(950)가 아암(920)에 관련하여 더욱 더 멀리 원위측으로 구동됨에 따라, 가동형 아치형 세그먼트(926)는, 포드 커플링(940)이 가동형 아치형 세그먼트(926)에 관련하여 그 원위 모션 범위 한계에 남아있는 상태에서, 도 24에 도시된 바와 같이, 가동형 아치형 세그먼트(926)가 고정형 아치형 세그먼트(922)에 관련하여 그 원위 모션 범위 한계에 있을 때까지 고정형 아치형 세그먼트(922)에 의해 규정된 곡선형 경로를 따라 원위측으로 병진한다.
그 근위측 모션 범위 한계로의 가동형 아치형 세그먼트(926) 및 포드 커플링(940)의 근위측 수축(예를 들어, 도 24의 구성으로부터 도 23의 구성을 향해, 그리고 또한 도 22의 구성을 향해 이동)은 전술된 원위 이동의 시퀀스의 반대로서 발생할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가동형 아치형 세그먼트(926)는 고정형 아치형 세그먼트(922)에 관련하여 그 근위 단부 모션 범위 한계를 향해 스프링 편향된다. 이에 따라, 이동 가능한 세그먼트(926)는, 링크(950)가 포드 커플링의 전체 피치 모션 범위(예를 들어, 도 22)의 근위부를 통해 포드 커플링(940)을 구동함에 따라 그 근위 모션 범위 한계에서 유지된다. 링크(950)가 이동 가능한 링크(926)(예를 들어, 도 23) 내의 그 말단 모션 범위 한계를 넘어서 포드 커플링(940)을 구동함에 따라, 피치-조정 액추에이터는 스프링 편향을 극복하고, 이동 가능한 링크(926) 및 포드 커플링(940)은 함께 고정 세그먼트(922)를 따라 원위측으로 병진하기 시작하여 포드 커플링(940)의 전체 피치 모션 범위(예를 들어, 도 24)의 원위부를 통해 포드 커플링(940)을 이동시킨다.
수축 중에, 링크(950)는 근위측으로 수축되고(도 24의 구성으로부터 시작하여), 스프링 편향은 가동형 아치형 세그먼트(926)를 포드 커플링(940)에 대해 유지한다. 가동형 아치형 세그먼트(926)가 고정형 아치형 세그먼트(922)에 관련하여 그 근위측 모션 범위 한계에 도달할 때, 이어서 포드 커플링(940)은, 포드 커플링(940)이 가동형 아치형 세그먼트(926)에 관련하여 그 근위측 모션 범위에 도달할 때까지 가동형 아치형 세그먼트(926)에 의해 규정된 곡선형 경로를 따라 근위측으로 병진하기 시작할 것이다.
몇몇 실시예에서, 고정형 아치형 세그먼트(922)에 관련하여 가동형 아치형 세그먼트(926)의 신장 및 수축 이동은 전동화될 수 있다. 개별 전동식 선형 액추에이터는 그 아치형 모션 범위를 통해 가동형 아치형 세그먼트를 구동한다. 몇몇 실시예에서, 포드 커플링이 고정 및 이동 가능한 세그먼트에 관하여 원위측으로 그리고 근위측으로 이동함에 따라, 다른 신축식 또는 신축식 액추에이터 장치가 고정 세그먼트에 관하여 이동 가능한 세그먼트의 위치를 제어하기 위해 사용될 수도 있다.
포드 커플링(940)을 가동형 아치형 세그먼트(926)와 이동 가능하게 결합하고, 가동형 아치형 세그먼트(926)를 고정형 아치형 세그먼트(922)와 이동 가능하게 결합하는데 사용되는 베어링 장치는, 조작기 조립체(800)(예를 들어, 도 18 내지 도 20 참조)를 참조하여 전술된 바와 같이, 포드 커플링(840)을 아암(820)과 이동 가능하게 결합하는데 사용된 베어링 장치와 유사하다. 즉, 제1 그룹의 다수의 베어링(예를 들어, 4개의 베어링)이 포드 커플링(940)에 부착되고 이동 가능한 세그먼트(926) 내에 형성된 아치형 홈 내에서 진행하고, 제2 그룹의 다수의 베어링(예를 들어, 4개의 베어링)은 이동 가능한 세그먼트(926)에 부착되고 고정 세그먼트(922) 내에 형성된 아치형 홈 내에서 진행한다. 마찬가지로, 제1 그룹의 측방향 베어링(예를 들어, 4개의 베어링)이 포드 커플링(940)에 부착되고 이동 가능한 세그먼트(926)의 하나 이상의 내부 평면 표면에 대해 지지되고, 제2 그룹의 측방향 베어링(예를 들어 4개)은 이동 가능한 세그먼트(926)에 부착되고 고정 세그먼트(922)의 하나 이상의 내부 평면 표면에 대해 지지된다. 이러한 베어링 장치는 가동형 아치형 세그먼트(926)에 관련하는 포드 커플링(940)의 그리고 고정형 아치형 세그먼트(922)에 관련하여 가동형 아치형 세그먼트(926)의 구조적 안정성 및 강성을 유리하게 제공할 수 있다(포드 커플링(840)과 아암(820) 사이의 베어링 장치를 참조하여 전술된 바와 같이)을 포함한다.
조작기 조립체(820)에 대해 전술된 바와 같이, 2개 이상의 아치형 홈, 또는 하나 이상의 아치형 레일, 또는 하나 이상의 아치형 로드 등을 포함하는 다른 아치형 기구가 다른 실시예에서 사용될 수도 있다.
도시된 실시예에서, 조작기 디바이스(900)는 약 80°의 피치 모션 범위를 통해 조정할 수 있다. 즉, 포드 커플링(940)은 약 80°의 진행을 통해 피치 원호(942)를 따라 아암(920)에 관련하여 병진할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 조작기 디바이스(900)는 약 50° 내지 약 70°, 약 60° 내지 약 80°, 약 70° 내지 약 90°, 약 80° 내지 약 100°, 약 90° 내지 약 110° 또는 약 100° 내지 약 120°의 피치 모션 범위를 용이하게 하도록 구성된다.
전술된 바와 같이, 너트(938)는 회전이 구속된다. 너트(938)가 이와 같이 구속되게 하는 하나의 기구는 유리하게는 리드 스크류(936)에 대한 바람직하지 않은 측방향 힘의 인가를 방지하거나 감소시키는 것을 또한 돕는다. 특히, 아암(920)은 리드 스크류(936)의 대향 측면들 상의 리드 스크류(936)에 평행하게 연장되는 2개의 세장형 선형 채널을 형성한다. 2개의 베어링(953)은 2개의 세장형 선형 채널(939) 내에 이동 가능하게 결합된다. 2개의 베어링(953)은 너트(938) 또는 링크(950)의 제1 단부(952)와 회전 가능하게 결합될 수 있다. 이 배열은 링크(950)로부터(그렇지 않으면 리드 스크류(936)에 측방향으로 인가될 것임) 베어링(953)을 통해 아암(920)의 세장형 선형 채널로 힘을 전달할 것이다.
다시 도 21을 참조하면, 도시된 조작기(1100)는 예를 들어, 상기에 도 8에 도시된 모터(846)와 유사한 포드 롤 모터를 명시적으로 도시하지 않는다는 것을 알 수 있다. 명시적으로 도시되지는 않았지만, 유사한 포드 롤 모터가 몇몇 실시예에서 구현될 수도 있다. 그리고, 고정된 및 신축식 피치 원호의 모두를 갖는 몇몇 실시예에서, 내부 포드 롤 모터가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 포드(1000)가 포드 커플링(940)에 장착될 때(또는 포드(700)가 포드 커플링(840)에 장착될 때), 내부 포드 롤 모터는 포드를 삽입축 주위로 롤링한다.
몇몇 실시예에서, 조작기 디바이스(900)는 다양한 유리한 목적을 위해 전자 센서 등을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 인코더가 전동 피치, 롤 및/또는 요잉 조정 기구의 구동 트레인에 결합될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 조작기 디바이스(900)의 이동 가능한 구성요소의 위치를 확실하게 식별할 수 있는 위치 센서가 사용될 수도 있다.
본 명세서는 다수의 특정 구현 상세를 포함하지만, 이들은 임의의 발명 또는 청구될 수도 있는 것의 범주에 대한 한정으로서 해석되어서는 안되며, 오히려 특정 발명의 특정 실시예에 특정할 수도 있는 특징에 대한 설명으로 해석되어야 한다. 개별 실시예의 맥락에서 본 명세서에서 설명되는 특정 특징은 또한 단일 실시예에서 조합하여 구현될 수 있다. 반대로, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 다양한 특징은 또한 다수의 실시예에서 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에서는 특징이 특정 조합으로 작용하는 것으로서 설명되어 있고 심지어 초기에는 이와 같이 청구될 수도 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징은 몇몇 경우에 조합으로부터 삭제될 수 있고, 청구된 조합은 하위 조합 또는 하위 조합의 변형에 관련될 수도 있다.
유사하게, 동작들이 특정 순서로 도면에 도시되어 있지만, 이는 바람직한 결과를 달성하기 위해, 이러한 동작이 도시된 특정 순서로 또는 순차적인 순서로 수행되어야 하는 것, 또는 모든 예시된 동작이 수행되어야 하는 것을 요구하는 것으로서 이해되어서는 안된다. 특정 상황에서, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수도 있다. 더욱이, 본 명세서에 설명된 실시예에서 다양한 시스템 모듈 및 구성요소의 분리는 모든 실시예에서 이러한 분리를 요구하는 것으로 이해되어서는 안되고, 설명된 프로그램 구성요소 및 시스템은 일반적으로 단일 제품으로 함께 통합되거나 또는 다수의 제품으로 패키징될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 주제의 특정 실시예가 설명되었다. 다른 실시예는 이하의 청구범위의 범주 내에 있다. 예를 들어, 청구범위에서 인용된 동작은 상이한 순서로 수행될 수 있고, 여전히 바람직한 결과를 달성한다. 일 예로서, 첨부 도면에 도시된 프로세스는 바람직한 결과를 달성하기 위해, 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서를 반드시 필요로 하지는 않는다. 특정 구현예에서, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수도 있다.

Claims (17)

  1. 원격 조작 조작기 시스템이며,
    장착 베이스;
    원위 피치 원호부, 피치-조정 액추에이터, 및 이동 가능한 링크를 포함하는 아암으로서, 상기 아암은 요잉축 주위로 회전하도록 상기 장착 베이스에 결합되고, 상기 이동 가능한 링크는 근위 단부 및 원위 단부를 갖고, 상기 이동 가능한 링크의 근위 단부는 상기 피치-조정 액추에이터에 결합되고, 상기 피치 원호부는 중심을 갖는 피치 원호를 규정하는, 아암;
    상기 아암의 피치 원호부 내의 곡선형 경로 상에서 병진하도록 결합되는 도구 액추에이터 조립체 커플링으로서, 상기 아암의 이동 가능한 링크의 원위 단부가 도구 액추에이터 조립체 커플링에 결합되는, 도구 액추에이터 조립체 커플링; 및
    상기 도구 액추에이터 조립체 커플링에 결합된 도구 액추에이터 조립체로서, 상기 도구 액추에이터 조립체의 장축은 도구 삽입축을 규정하는, 도구 액추에이터 조립체
    를 포함하고;
    상기 요잉축, 상기 피치 원호의 중심 및 상기 도구 삽입축은 일치하고 상기 조작기 시스템의 원격 모션 중심을 규정하는, 원격 조작 조작기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아암의 원위 피치 원호부는 고정형 아치형 세그먼트 및 상기 고정형 아치형 세그먼트에 결합된 가동형 아치형 세그먼트를 포함하고, 상기 고정형 아치형 세그먼트와 상기 가동형 아치형 세그먼트는 함께 피치 원호를 형성하고;
    상기 가동형 아치형 세그먼트는 상기 고정형 아치형 세그먼트 내의 곡선형 경로 상에서 병진하도록 결합되고;
    상기 도구 액추에이터 조립체 커플링은 상기 가동형 아치형 세그먼트 내의 곡선형 경로 상에서 병진하도록 결합되는, 원격 조작 조작기 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 아암은 상기 고정형 아치형 세그먼트 내의 곡선형 경로 상의 상기 가동형 아치형 세그먼트의 모션 범위의 근위 단부로 상기 가동형 아치형 세그먼트를 편향시키도록 위치된 스프링을 포함하는, 원격 조작 조작기 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피치-조정 액추에이터는 선형 액추에이터를 포함하는, 원격 조작 조작기 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아암은 회전 축을 갖는 롤 관절을 형성하도록 상기 장착 베이스 내로 연장하는 돌출부를 포함하고;
    상기 롤 관절의 회전 축은 요잉축을 규정하는, 원격 조작 조작기 시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장착 베이스는 섹터 기어를 포함하고;
    상기 아암은 요잉-조정 모터 및 모터에 결합된 피니언 기어를 포함하고, 상기 피니언 기어는 상기 장착 베이스의 섹터 기어와 맞물리고;
    상기 요잉-조정 모터는 요잉축 둘레로 상기 아암을 구동하는, 원격 조작 조작기 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아암은 요잉축에 평행하고 요잉축으로부터 오프셋된 회전 축을 갖는 요잉-조정 모터를 포함하고;
    상기 요잉-조정 모터는 요잉축 둘레로 상기 아암을 구동하는, 원격 조작 조작기 시스템.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장착 베이스는 상기 장착 베이스를 공간 내에 고정 상태로 보유하도록 구성된 셋업 아암에 해제 가능하게 결합하도록 구성되는, 원격 조작 조작기 시스템.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피치-조정 액추에이터는 복수의 결합된 모터를 포함하는, 원격 조작 조작기 시스템.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도구 액추에이터 조립체 커플링은 상기 도구 삽입축 주위로 회전하도록 상기 도구 조립체 액추에이터를 구동하도록 결합된 롤-조정 액추에이터를 포함하는, 원격 조작 조작기 시스템.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도구 액추에이터 조립체 커플링은 롤-조정 액추에이터 및 상기 롤-조정 모터에 결합된 제1 기어를 포함하고;
    상기 도구 액추에이터 조립체는 상기 제1 기어에 결합된 제2 기어를 포함하고;
    상기 제1 기어의 회전은 상기 도구 조립체 액추에이터를 구동하여 상기 도구 삽입축 주위로 회전시키는, 원격 조작 조작기 시스템.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도구 액추에이터 조립체는 제2 도구 액추에이터 조립체와 상호 교환 가능한, 원격 조작 조작기 시스템.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도구 액추에이터 조립체는 삽입축을 따라 도구를 병진하도록 구성되는, 원격 조작 조작기 시스템.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도구 액추에이터 조립체는 상기 도구 액추에이터 조립체에 장착된 도구의 이동 가능한 구성요소를 작동시키도록 구성되는, 원격 조작 조작기 시스템.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도구 액추에이터 조립체에 대향하여 상기 도구 액추에이터 조립체 커플링에 해제 가능하게 결합되는 캐뉼러를 더 포함하는, 원격 조작 조작기 시스템.
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